连铸结晶器保护渣渣层结构研究

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1、连铸结晶器保护渣渣层结构研究1引言　连铸结晶器保护渣的主要功能包括：使结晶器壁与铸坯壳之间保持润滑；控制结晶器与铸坯之间的热交换；保持结晶器顶部处于绝热状态；防止钢水二次氧化；吸收钢水中上浮到液面的夹杂物。其中两个最为重要的功能是保持结晶器壁与坯壳间的润滑和控制传热。固态结晶器保护渣的结晶比对铸坯与结晶器之间的热流量有重要影响。某些特定钢种的保护渣是根据该钢种特有的冷却条件而设计的。有鉴于此，结晶器保护渣的组织结构和凝固特性具有重要意义。结晶器保护渣中的晶体成分愈多，结晶器保护渣结构愈疏松，从而降低保护渣内的辐

2、射传热。中碳钢结晶器保护渣具有较高的结晶比，保护渣层内的传热较为均匀，有利于降低连铸坯内的纵裂纹的形成。结晶器凝固保护渣的取样位置位于结晶器以下部位。为了便于比较，分别采取了用于浇铸中碳钢、低碳钢以及超低碳钢的结晶器保护渣样。对所有渣样所作的成分分析表明：结晶器上部的渣样与粉状结晶器保护渣的成分相差无几。x射线衍射分析和显微分析表明：位于结晶器底部的用于浇铸中碳钢的结晶器保护渣其结晶体组织占80％～90％，而低碳钢和超低碳钢用结晶器保护渣晶体分别约为65％和45％。x射线衍射相分析表明各种保护渣的结晶相几乎全部

3、是由矿物相枪晶石(3CaO．2SiO2．CaF2)组成。对保护渣所作的扫描式电子显微镜分析证实中碳钢用结晶器保护渣可能还含有一定数量的霞石成分。通过分析渣样横截面可以看出沿渣膜厚度方向存在着不同的结晶形态。在低碳钢和超低碳钢结晶器保护渣中存在着细晶区、枝晶区和非晶区；中碳钢的非晶区相对较小，晶状区占有较大优势。　对于非中碳钢结晶器保护渣而言，并不需要太高的保护渣结晶比。实际上在铸坯壳出结晶器之前要达到足够的厚度常常需要较高的传热速率。因为浇铸这些钢种时的拉坯速度较高(>1.3m／min)。现已对结晶器保护渣的结

4、晶情况即结晶倾向进行了实验室和工厂的实验研究。　试验室的大部分试验研究，均是在对保护渣控制加热或控制冷却的试验条件下进行，然后再对凝固的保护渣进行分析研究。在对保护渣的结晶研究中广泛使用了差热分析方法(DTA)。在本研究中，为了确定液态结晶器保护渣在冷却时的结晶温度，在实验时将保护渣的温度变化与参照试样进行了对比。采用差热分析的方法研究表明，结晶器保护渣的结晶趋势随CaO／SiO2的比值、Li2O、TiO2和ZrO2含量的增加而增强，随B2O3含量的减少而增强。　为了测定保护渣的结晶情况，Kashiwaya等人

5、使用双式热电偶和单式热电偶技术现已绘制出结晶器保护渣结晶的时间-温度转变曲线(TTT曲线)。使用双式和单式热电偶技术对不同冷却速率下保护渣凝固状况进行了现场观察。对于使用中的结晶器保护渣冷却情况和结晶成核情况有了进一步的认识。样品的结晶比为5％时为结晶起点，50％时为结晶的终点。以此为标准使用单式热电偶技术绘制出了典型的工业结晶器保护渣时间-温度转变曲线图。图中的两条曲线在1050℃时明显一分为二。对高于和低于该曲线的结晶器保护渣进行了x-射线分析，结果表明，在此温度下结晶形态发生了重要变化，由硅酸二钙变成了枪

6、晶石。　Tsekouras对中碳钢和低碳钢用结晶器保护渣进行了缓冷和速冷研究。首先将上述保护渣分别加热到1100℃、1200℃和1300℃，然后进行炉冷和速冷。同时将部分保护渣加热到1300℃，然后缓冷到1050℃～1250℃之间，缓冷速度约为10℃／min，最后进行速冷。x-射线衍射分析表明，枪晶石存在于所有的结晶相中。所有的超低碳钢用结晶器保护渣经速冷后全部形成非结晶态，而中碳钢用结晶器保护渣在速冷后仍保留一定程度的结晶。究其原因，这是由于中碳钢保护渣具有较高的结晶势所致。根据保护渣的加热温度不同，缓冷试样

7、呈现出不同的结晶形态。通过光学显微镜观察，将结晶器保护渣加热到1300℃后再进行速冷将出现明显的枝晶状结构；而将保护渣加热到1100℃和1200℃后再进行速冷则只有少量的树枝晶结构存在。Tsekouras所作的上述观察与Kasiwaya等人所作的观察是一致的。　Keoden等人通过研究发现，保护渣膜的厚度为800微米，其中位于结晶器壁侧的结晶层厚度为150微米，位于铸坯壳侧的玻璃质层厚度为650微米。同时他们还发现，电子探针分析结果显示保护渣结晶层和玻璃层的化学成分相同，都存在有枪晶石结晶结构和carnegie

8、ite结晶结构。Keoden还观察到了保护渣结晶层上的细小孔隙。Yoshida等人和Susa等人对工厂试样所做的研究也取得了类似的结果。　Fonseca等人对自己所采取的保护渣样进行了研究，结果表明，中碳钢保护渣结晶层厚度和保护渣层总厚度均比低碳钢保护渣高。这一点是与理论预计相一致的。通过试样的光学显微照片可观测到保护渣结晶层和玻离质层的位置以及它们的相对厚度。上述试样的取样位置均在由